PROTEÍNAS

Bioquímica, CHEM 4220Universidad Interamericana de PR

Recinto de BayamónProf. Alberto L. Vivoni Alonso Prof. J. Roberto Ramirez Vivoni

Versión marzo 2015

¿Qué son las proteínas?

• Cadena de aminoácidos• Estructura tridimensionales• Llevan a cabo diversas funciones • Su función depende de la estructura

tridimensional• Se sintetizan por traducción

Síntesis de proteínas por traducción

Funciones de las proteínas

• Catálisis enzimática• Transporte• Soporte estructural• Movimiento• Reconocimiento• Regulación

Clasificación de proteínas por estructura

• Fibrosas – tienen forma de fibras. Ejemplos: queratinas (pelo, uñas), miosinas (músculos), colágeno (piel, tendones)

• Globulares - tienen forma de glóbulos. Ej. Enzimas, hemoglobina, insulina, caseina en la leche

Otras clasificaciones

• Proteínas transmembrenales: atraviesan la membrane cellular

• Proteína nativa: la forma en que funciona biológicamente en la célula

• Proteínas conjugadas: Enlazadas covalentemente con grupos prostéticos (grupos diferentes de aminoácidos)

Proteínas conjugadas

• Apoproteína: Porción polipeptídica solamente de una proteína

• Haloproteína: Proteína activa con todos sus componentes (polipéptido, grupos prostéticos, cofactores) – Glicoproteínas: enlazados a sacáridos– Lipoproteínas: enlazadas a lípidos

Mioglobina: proteína conjugada

Proteínas globulares y fibrosas

Mioglobina Colágeno

Niveles estructurales

• 1°: Secuencia de aminoácidos• 2°: Doblamiento de estructura 1°• 3°: Doblamiento de estructura 2°• 4°: Unión de 2 o más estructuras 3°

Estuctura primaria

• Secuencia de aminoácidos• Resultado de la traducción de información

genética• Define forma y función de la proteína

Estructura primaria

Estructura secundaria de proteínas• Proteínas globulares:– Hélices a– Láminas plegadas b– Conectores

• Proteínas fibrosas– Arrollo de varias cadenas

Hélice α

Hélice α vista desde arriba

Hélice α• Espiral de derecha (como un tornillo) • El oxígeno de los carbonilos forma puente

de H con un H amido 4 aminoácidos alejado.

• Cada vuelta cubre 5.4 Å y posee 3.6 aminácidos.

• Grupos R quedan hacia afuera.• Residuos Gly y Pro rompen la hélice.

Puentes de hidrógeno en hélices a

Cálculo en hélice alfa

• Determine la longitud (en Angstroms) de una pieza con contiene 8 aminoácido. (1 Angstrom = 10-10 metros)

Láminas plegadas b

• Configuración b: cadena extendida

• Dos o más regiones del polipéptido interaccionando

• Dos posibles orientaciones: paralela y anti-paralela

N

NN

O

O

O

N

N

N

O

O

OR

R

R

R

R

H

H

H

H

H

H

12

34

56

Lámina plegada β anti-paralela

Orientaciones anti-paralela y paralelai

Láminas plegadas b paralelas y anti-paralelas

N

NN

O

O

O

N

N

N

O

O

OR

R

R

R

R

H

H

H

H

H

H

N

NN

O

O

O

N

N

N

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OR

R

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R

R

H

H

H

H

H

H

N

N N

O

O

O

N

N

N

O

O

O R

R

R

R

R

H

H

H

H

H

H

12

34

56

12

34

56

12

Estructura secundaria: helice a, lámina b paralelas y anti-paralelas, conectores

Estructura terciaria

Doblamiento de estructura 2°

Fuerzas que mantienen estructura 3°

• Fuerzas London (van der Waals) entre grupos R no-polares e hidrofóbicos

• Puentes de H entre grupos R con O, N o S• Puentes salinos entre aminoácidos de carga

opuesta• Puentes disulfuros entre cisteínas

Fortaleza de fuerzas intramolecularesen Kcal/mol

•E•Puente salino (enlace iónico) ~150

•Puente de Hidrógeno 10-16

•Fuerzas London < 1

•Puente disulfuro (S-S) 60

•Otros enlaces covalentes: C-N 65 C-C 80 C=C 145C-H 98

Interacciones hidrofóbicas (London)

Puentes de hidrógeno

Puentes salinos

Puentes disulfuros (cistinas)

Fuerzas intramoleculares

Hydrophobicinteraction

Estructura cuaternaria

• Unión de dos o más estructuras 3°• Fuerzas que las unen son las mismas de estructura 3°• Residuos polares tienden a estar en la superficie; los no-

polares en el interior.

Hemoglobina

Preguntas

• De los siguientes residuos, cuáles se espera que se encuentren en la superficie de la proteína y cuáles en el interior: metionina, histidina, arginina, fenilalanina, valina, glutamina, ácido glutámico.

• Qué función se espera que ejerza fenilalanina en la superficie de una proteína?

• Qué función se espera que ácido aspártico ejerza en el interior de una proteína?

Ejemplo de proteína fibrosa: Colágeno

• Se encuentra en la piel y tendones

• Triple hélice de derecha• Cadenas individuales son

hélices de izquierda• Una vuelta son 3.3 aminoácidos

y 9.6 angstrom• Se componen de

Pro-Gly-X*

* X: cualquier otro aminoácido

Proteínas globulares vs fibrosas

Globulares1. Estructura compacta 2. Soluble en agua 3. Estructura 2° compleja

4. Unión con otras proteínas por fuerzas no-covalentes

5. Actuan en toda función del metabolismo: enzimas, transporte, hormonas, etc.

6. Se desnaturalizan fácilmente

Fibrosas

1. Estructura extendida2. Insoluble en agua3. Estructura 2° simple (helices y

laminas)4. Unión con otras proteínas por

puentes covalentes5. Estructurales: tendones,

ligamentos, pelo, piel, huesos, músculo

6. No se desnaturalizan con facilidad

Desnaturalización de proteínas

• Estructuras 2° y 3° se desorganizan• Se pierde la forma nativa y función• Factores– Temperatura– pH– Solventes orgánicos y detergentes– Metales pesados

Desnaturalización

Efecto de temperatura

Efecto de pH (pH óptimo para función biológica)

Desnaturalización por ácido o base

Desnaturalización por alcohol

Desnaturalización por agentes reductores

Desnaturalización por metales• Sales metálicas interrumpen puentes salinos• Cationes de sales metálicas:

Hg+2, Pb+2, Ag+1 , Cd+2

Determinación de la estructura de las proteínas (Protein Data Bank, PDB)

• Rayos X• Resonancia magnética nuclear (NMR)• Espectrometría de masa (MS)

Purificación y caracterización

Propiedades físicas:• Solubilidad• Carga• Punto isoleléctrico• Polaridad• Tamaño• Afinidad

Métodos experimentales

• Cromatografía– Afinidad– Intercambio iónico

• Electroforesis• Dialisis• Filtración• Centrifugación

Pregunta

• Las proteínas ovalbumin, ureasa y mioglobina tienen un pI de 4.6, 5.0 y 7.0 respectivamente. Una mezcla de ellas se vierte en una columna de celulosa con cargas positivas. Luego de que la columna se eluye con un amotiguador de pH 6.5 a diferentes concentraciones de sal, en qué orden saldrán estas proteínas de la columna?

Otra pregunta

• En qué orden salen las las siguientes proteínas de una columna de flitración de gel:

Proteína Masa molar (kD) mioglobina 16catalasa 500citocroma c 12quimotripsógeno 26hemoglobina 66

Electroforesis

anode

cathode

Pregunta

• En qué dirección se moverán las siguientes proteínas en un campo eléctrico a pH 5 y 7?

Proteína pIalbúmina 4.6lactoglobulina 5.2

Otra pregunta

• Hemoglobina tiene un pI = 6.9. Una variante tiene un residuo de glutamato en vez de valina en la posición 67. Qué efecto tiene esta sustitución en la electroforesis de esta proteína a pH 7.5?

El caso de hemoglobina

• Tetrámero compuesto de 2 cadenas ,a 2 cadenas b y grupos hemo.

Grupo hemo

Mioglobina

Características

• Afinidad para oxígeno• Efecto de pH• Alosterismo• Cooperatividad